Po tym, jak w 2021 r. w raporcie roboczym rządu chińskiego po raz pierwszy wpisano „szczyt emisji dwutlenku węgla” i „neutralność węglowa”, neutralność węglowa w trwających dwóch sesjach po raz kolejny stała się gorącym tematem dyskusji. Globalne ocieplenie doprowadziło do wzrostu zagrożeń klimatycznych, a osiągnięcie neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla jest najpilniejszą misją w dzisiejszym świecie. Sądząc po całkowitej wielkości emisji dwutlenku węgla w skali globalnej, przemysł lotniczy nie jest w rzeczywistości bardzo dużym gospodarstwem domowym, ale zdecydowanie „trudnym gospodarstwem domowym” w redukcji emisji dwutlenku węgla. Wraz ze wzrostem liczby samolotów wciąż wyzwaniem jest ciągłe badanie i ulepszanie różnych sposobów oszczędzania energii i redukcji emisji, aby osiągnąć ustalony cel neutralności węglowej w przemyśle lotniczym.
Produkcja przyrostowa umożliwia neutralność węglową w cyklu życia w przemyśle lotniczym
Akademik Lu Bingheng wskazał: „W przyszłości chiński przemysł produkcyjny będzie podzielony na trzy części: materiał, redukcja materiałów i dodawanie materiałów”. Szczególnie w dziedzinie lotnictwa, wytwarzanie przyrostowe ma wyjątkowe zalety, takie jak zmniejszenie masy samolotu, formowanie złożonych części i integracja komponentów, które wykazały dużą wartość i szerokie perspektywy zastosowań. Części krajowego dużego samolotu pasażerskiego C919 wykorzystują technologię wytwarzania przyrostowego do przetwarzania linii centralnego skrzydła; Boeing 787 Dreamliner ma 30 części wykonanych w technologii wytwarzania przyrostowego; Zaawansowany silnik lotniczy GE9X firmy GE składa się z ponad jednej trzeciej komponentów. Jest to wykonywane metodą wytwarzania przyrostowego.
Gdy weźmiemy pod uwagę cały cykl życia produktu w zakresie projektowania i wytwarzania produktów lotniczych, transportu lotniczego, konserwacji i konserwacji produktu z perspektywy rozwojowej, cechy technologii wytwarzania przyrostowego decydują o tym, że ma ona znaczną przewagę nad tradycyjną produkcją pod względem neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla.
Projektowanie i produkcja
1. Nie ma potrzeby otwierania formy, szybka iteracja. Najważniejszą zaletą technologii wytwarzania przyrostowego jest to, że części o dowolnym kształcie mogą być bezpośrednio generowane z danych grafiki komputerowej bez obróbki lub jakiejkolwiek formy, co znacznie skróci proces iteracyjny, skróci rozwój produktu i cykl produkcyjny oraz zwiększy energię w proces rozwoju. zużycie jest znacznie zmniejszone. Profesor Wang Huaming z Uniwersytetu Beihang powiedział kiedyś, że Chiny mogą teraz wykorzystać technologię wytwarzania przyrostowego do wydrukowania szklanej ramy okna kokpitu samolotu C919 w zaledwie 55 dni, podczas gdy europejska firma produkująca samoloty powiedziała, że będą produkować to samo przez co najmniej 2 lat. Technologia wytwarzania materiałów znacznie skraca cykl produkcyjny i poprawia wydajność.
2. Kształt netto, wysoki wskaźnik wykorzystania materiału. Kluczowym sposobem, w jaki produkcja addytywna może być neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla, jest użycie mniejszej ilości materiału na każdą część, komponent i produkt. Produkcja przyrostowa to kształt netto, który znacznie zmniejsza ilość odpadów generowanych w procesie cięcia, frezowania i szlifowania tradycyjnej produkcji, a stopień wykorzystania materiału końcowego produktu jest znacznie poprawiony. Ponadto, poprzez optymalizację topologii, tworzenie struktur siatkowych, struktur siatkowych itp. może również osiągnąć cel oszczędności materiałów.
3. Integracja struktury funkcjonalnej, ograniczenie procedur przetwarzania i montażu. Technologia addytywna nie wymaga tradycyjnych narzędzi i mocowań oraz wielu procedur obróbki i może szybko i precyzyjnie wytwarzać części o dowolnym złożonym kształcie na jednym urządzeniu, realizując w ten sposób integrację funkcji i struktur części oraz znacznie redukując procedury przetwarzania i montażu. proces osiągnięcia celu niskoemisyjnego procesu produkcyjnego.
Air fracht
1. Zmniejsz wagę i zmniejsz zużycie paliwa. W przypadku sprzętu lotniczego zmniejszenie masy jest jego wiecznym tematem, a zmniejszenie masy o 5 procent może zaoszczędzić 20 procent zużycia paliwa. Produkcja przyrostowa może zmniejszyć zużycie energii podczas transportu poprzez zmniejszenie masy komponentów samolotu.
2. Popraw wydajność spalania silnika i zmniejsz zużycie paliwa. Wewnątrz silnika technologia wytwarzania przyrostowego kończy produkcję komory spalania i wielu elementów konstrukcyjnych, dzięki czemu silnik jest prostszy, lżejszy i bardziej zwarty, co pozwala na zaoszczędzenie do 15 procent paliwa dzięki zmniejszeniu zużycia paliwa na podstawie samego projektu.
3. Drukuj na żądanie, zmniejszając straty energii. Produkcja na miejscu i druk na żądanie zmniejsza ogólne straty energii i zmniejsza ślad węglowy. Koszty środowiskowe, takie jak montaż, transport, logistyka, magazynowanie itp. są praktycznie wyeliminowane, co skutkuje lepszym zużyciem energii i zasobów.
Naprawa i konserwacja
1. Recykling, ekologiczny i niskoemisyjny. Produkcja przyrostowa może realizować ponowne wykorzystanie zużytych części za pomocą technologii frezowania i realizować rozwój przemysłu lotniczego w kierunku gospodarki o obiegu zamkniętym. Na przykład koncepcja techniczna MolyWorks w Stanach Zjednoczonych polega na przekształceniu metalowych odpadów drukarskich w wysokiej jakości proszek. Jednocześnie firma zaproponowała model rozwoju biznesu „Odlewnia Mobilna”, czyli odpad metalowy jest na miejscu przefermentowany i zamieniony na wysokiej jakości proszek.
3. Częściowa naprawa, aby uniknąć złomowania części. W oparciu o charakterystykę wytwarzania przyrostowego warstwa po warstwie, tylko uszkodzona część jest uważana za specjalne podłoże, a kształt części można przywrócić za pomocą laserowego formowania trójwymiarowego na uszkodzonej części, a wydajność może być spełniona wymagania użytkowania. Realizowany jest prawidłowy, niskoemisyjny cykl procesu produkcji części, oszczędzając energię zużywaną do produkcji nowych materiałów i części. Na przykład w przypadku części tarczy turbiny, gdy łopatka na tarczy jest uszkodzona, konieczne jest jedynie zastosowanie technologii wytwarzania przyrostowego w celu naprawy uszkodzonej łopatki, aby przywrócić funkcję tarczy i uniknąć złomowania całej tarczy turbiny.
3. Popraw wydajność części i zwiększ żywotność. Optymalizując strukturę części, naprężenia części mogą być rozłożone w najbardziej rozsądny sposób, zmniejszając ryzyko pęknięć zmęczeniowych, zwiększając w ten sposób żywotność i zmniejszając ślad węglowy. Na przykład podwozie wykonane w technologii 3D w amerykańskim myśliwcu F16 nie tylko spełnia standardy użytkowania, ale także ma średnią żywotność 2,5 razy większą od oryginału.
Sugestie dotyczące przyszłych kierunków
W celu dalszej poprawy zdolności wytwarzania przyrostowego do osiągnięcia neutralności węglowej w przemyśle lotniczym proponuje się następujące kierunki rozwoju.
1. Optymalizacja mikrostruktury materiału. Na podstawie genomu materiału tworzona jest profesjonalna baza danych, która umożliwia inteligentną optymalizację doboru materiałów. Ustalając wewnętrzną relację między składem, procesem, mikrostrukturą i wydajnością, mikrostruktura spełniająca wymagania dotyczące neutralności węgla jest projektowana zgodnie z właściwościami materiału.
2. Strukturalna i multidyscyplinarna optymalizacja topologii. Wprowadź projekt objętości oparty na wielu aspektach fizycznych, cyfrowo zintegruj funkcje wieloskalowe i materiały wielorodzajowe, zachowaj niezbędne właściwości mechaniczne i uzyskaj połączenie strukturalno-funkcyjne w celu zmniejszenia zużycia materiału i zmniejszenia masy komponentów.
3. Połączenie sztucznej inteligencji i technologii bliźniaczych danych. Zintegruj zaawansowany sprzęt lub technologie, takie jak monitorowanie procesów, postrzeganie informacji, uczenie maszynowe, sztuczna inteligencja, bazy danych itp. Zintegruj przemysłowy Internet z cyfrowym bliźniakiem wytwarzania addytywnego, aby dane i modele mogły być udostępniane i analizowane za pośrednictwem platform w chmurze, a addytywny ekosystem cyfrowy można ulepszyć. Produkcja przyrostowa może odegrać kluczową rolę w redukcji emisji dwutlenku węgla w każdym ogniwie produkcji części do samolotów.